C/C++之分组密算法(SM4)

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概述
SM4是一种分组密码，其分组长度为128位，密钥长度为128位。该算法采用非线性迭代结构，每轮迭代包括四个基本运算：S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。SM4算法具有高的安全性和效率，适用于各种加密应用，如数据加密、通信加密等。
SM4算法特点和原理
7 k* O( K# C( ]; i+ w2 _特点
1 V1 o& W# N2 Y' J分组长度为128位，密钥长度为128位。
8 F, U' T" ~% H' B! ~* y采用非线性迭代结构，每轮迭代包括四个基本运算：S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。
5 s5 g& D1 J. e; E: e3 @具有高的安全性和效率。
! S+ I. D/ B  v# C; c适用于各种加密应用，如数据加密、通信加密等。
0 }9 D( S% K/ l) s  o! p原理
  @$ ]8 F' C# k4 i. `: X: gSM4算法采用分组加密的方式，将明文分成若干个128位的分组，对每个分组进行加密。加密算法采用非线性迭代结构，每轮迭代包括四个基本运算：S-盒替换、行位移、列混淆和轮密钥加。具体步骤如下：
$ m# n% R- z4 r. U. A将明文分组和初始轮密钥进行异或运算。
+ ]; i# L4 Y* \& N* _0 P+ B进行S-盒替换运算，将每个字节替换成S-盒中对应的值。
进行行位移运算，将矩阵中的每一行向左循环移位一定的位数。
进行列混淆运算，将矩阵中的每一列进行混淆。
2 F1 |, j& ?6 I将中间结果与下一轮密钥进行异或运算。
; S- [, \  d* P2 _, i4 }+ {重复步骤2-5共31轮，得到最终的密文分组。
* C# z& [2 `' J2 L( K9 c1 vC语言实现SM4算法
  r. O7 I& o, S. c5 @' S  p) v

复制代码
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include "sm4.h"  
  
int main() {  
    unsigned char key[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};  
    unsigned char plaintext[16] = {00x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};
unsigned char ciphertext[16];
sm4_context ctx;  
sm4_setkey_enc(&ctx, key);  
sm4_crypt_ecb(&ctx, 1, plaintext, ciphertext);  
 
printf("Plaintext: ");  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    printf("%02x ", plaintext[i]);  
}  
printf("\n");  
 
printf("Ciphertext: ");  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    printf("%02x ", ciphertext[i]);  
}  
printf("\n");  
 
return 0;
}

在上面的代码中，我们使用了`sm4.h`头文件和`sm4.c`源文件，这些文件包含了SM4算法的实现。我们首先定义了一个16字节的密钥和明文分组，然后创建了一个SM4上下文对象`ctx`，使用`sm4_setkey_enc()`函数设置加密密钥，最后使用`sm4_crypt_ecb()`函数进行加密。加密结果保存在`ciphertext`数组中。
C++语言实现SM4算法
# L# w/ |& K9 q+ S" `

复制代码
#include <iostream>  
#include <string>  
#include "sm4.h"  
  
using namespace std;  
  
int main() {  
    unsigned char key[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};  
    unsigned char plaintext[16] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc, 0xba, 0x98, 0x76, 0x54, 0x32, 0x10};
unsigned char ciphertext[16];
sm4_context ctx;  
sm4_setkey_enc(&ctx, key);  
sm4_crypt_ecb(&ctx, 1, plaintext, ciphertext);  
 
cout << "Plaintext: ";  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    cout << hex << setw(2) << setfill('0') << static_cast<int>(plaintext[i]) << " ";  
}  
cout << endl;  
 
cout << "Ciphertext: ";  
for (int i = 0; i < 16; i++) {  
    cout << hex << setw(2) << setfill('0') << static_cast<int>(ciphertext[i]) << " ";  
}  
cout << endl;  
 
return 0;
}

在上面的代码中，我们使用了C++的`iostream`库和`string`库，以及`sm4.h`头文件和`sm4.c`源文件。代码的实现过程与C语言版本类似，不同的是我们使用了C++的`cout`对象来输出明文和密文。我们还使用了`hex`、`setw`和`setfill`来设置输出的格式。